[发明专利]基于石墨烯/GaAs复合薄膜的高灵敏度近红外光电探测器的构筑方法及产品

说明书

本发明涉及一种基于石墨烯/GaAs复合薄膜的高灵敏度近红外光电探测器的构筑方法及其产品，通过设计石墨烯/GaAs复合结构、利用石墨烯/GaAs复合结构对近红外光的有效吸收，以及能高效分离光生激子和GaAs对石墨烯的掺杂效应，并控制器件预处理和退火温度以进行材料和界面优化，该类器件具备对近红外光快速响应和显著的灵敏度。该方法成功构筑了对近红外光响应迅速的基于石墨烯/GaAs复合薄膜的高灵敏度近红外光电探测器。

技术领域

本发明属于光电子器件领域，具体涉及一种基于石墨烯/GaAs复合薄膜的高灵敏度近红外光电探测器的构筑方法及其产品。

背景技术

石墨烯作为典型的二维原子晶格，因其出色的电子学和光电子学特性而受到越来越多的关注。特别地，它的超高载流子迁移率、可见光透明率和独特的电子结构在纳米声子学、光子学和光电学的应用具备巨大优势。然而石墨烯对可见光的低吸光度不能满足要求低恒定透射率的高性能光电器件的要求。同时，纯石墨烯能带无间隙性质导致激子的寿命短，限制了相应器件光电子有效的产生和传输。但是，通过将石墨烯转移到半导体上形成异质结，其可以同时使用半导体的出色吸光性和石墨烯的高的迁移率。

作为第二代半导体的 GaAs 具有直接带隙，高电子迁移率和对近红外光大的光吸收能力使其适用于近红外光电探测器。因此，由石墨烯和 GaAs 组成的异质结有望表现出优异的光电性能。

在已报道的研究工作中，基于石墨烯的光电子器件显示出独特的性能。例如，Jie等人报道了石墨烯/ n-GaAs 异质结器件在光照下具有明显的整流曲线，并具有明显的光伏效应，该探测器在 532 nm 激光激发下具有 71/149微秒 的快速响应/恢复速度和 1.54mA/W 的高响应度。 (Jie W et al; Graphene/gallium arsenide-based Schottkyjunction solar cells; Applied Physics Letters; 2013, 103:233111.)；Luo等人证实，配备单层石墨烯/ n-GaAs 纳米锥阵列异质结的自启动光电探测器可以检测具有快速响应速度和良好重现性的近红外光。通过引入界面钝化，表面等离子体激元共振效应和上转换效应纳米粒子等，可以进一步提高光电探测器性能(Luo L B et al; Near-infraredlight photovoltaic detector based on GaAs nanocone array/monolayer grapheneSchottky junction. Adv. Funct. Mate, 2014, 24:2790-2800)。

尽管在探索石墨烯/ GaAs 光电器件方面已经取得了巨大进展，但是光电探测器的整体性能仍然需要进一步改善，尤其是优化石墨烯/ GaAs 光电子器件对近红外至红外光的响应。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种基于石墨烯/GaAs复合薄膜的高灵敏度近红外光电探测器的构筑方法。

本发明的再一目在于，提供所述构筑方法得到的产品。

本发明目的通过以下方案实现：一种基于石墨烯/GaAs复合薄膜的高灵敏度近红外光电探测器的构筑方法，其特征在于，通过设计石墨烯/GaAs复合结构、利用石墨烯/GaAs复合结构对近红外光的有效吸收，以及能高效分离光生激子和GaAs对石墨烯的掺杂效应，包括以下步骤：

1）将采用化学气相沉积法所制备的石墨烯薄膜转移到GaAs薄膜和GaAs晶圆上，得石墨烯/GaAs样品；

2）将石墨烯/GaAs样品放在加热板上，在45～70℃加热进行预处理；

3）将石墨烯/GaAs样品放入真空烘箱中，在60～150℃退火得到处理好的样品，取出该样品；

4）在处理好的样品上制作电极，即可获得基于石墨烯/GaAs复合薄膜的高灵敏度近红外光电探测器。